中国畜禽粪污资源化利用技术应用调研与发展分析

中国畜禽粪污资源化利用技术模式的选择和应用情况底数不清,缺乏系统研究。该研究采用问卷调研与实地测量相结合的方式,对中国190个县（市区）2 589个养殖场进行调研,并从畜禽粪污收集方式、粪污处理方式、粪肥还田利用情况等方面进行统计分析。结果表明,畜禽规模养殖场清粪方式以干清粪为主,占养殖场总数的89.40%;固体粪便处理普遍采用堆（沤）肥处理,占养殖场总数的89.44%,液体粪污处理主要采用厌氧发酵和贮存发酵等技术,分别占41.59%和39.09%,目前大部分规模养殖场粪污处理设施建设符合规范要求,但部分养殖场设施水平不高;粪污处理后还田是主要利用方向,利用粪肥的作物以水果蔬菜等经济作物为主,占比可达61.83%。总结分析了中国畜禽粪污资源化利用存在问题,提出中国畜禽粪污资源化利用亟需提升处理设施标准化水平,提高设施装备水平,同时还需引导养殖场按照种养平衡要求配套足够消纳土地,提高粪肥还田利用机械化水平。该研究可为畜禽粪污资源化利用科技创新、技术推广提供基础支撑,对于促进畜禽粪污资源化利用和农业绿色发展具有指导意义。     

养殖粪水长期贮存过程理化特性变化规律

目前中国中小规模畜禽养殖场主要采用自然贮存后还田的形式处理养殖粪水,受场地制约,养殖粪水贮存时间通常仅有1～2个月,之后便直接还田利用,贮存后的粪水理化特性变化尚不清楚,是否适宜直接还田尚需研究。该研究以猪粪水和牛粪水为研究对象,重点分析粪水在长期贮存中粪大肠菌群、电导率(Electrical Conductance,EC)以及化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)的变化,分析粪水最佳贮存期及还田利用方式,以期为粪水资源化及安全还田提供参考。结果表明,粪水经自然贮存6个月,铵态氮损失达68%以上,不仅引起环境污染,且降低了养分;贮存后粪水基本可达到无害化要求,但pH值、EC值以及COD浓度仍然偏高,还田前应制定合理的粪水资源化利用方案;固液分离可以有效降低粪水中的COD浓度和EC值,促进粪水无害化进程。该研究为中国畜禽养殖粪水资源化用探索了新的技术路径。     

通风方式对猪粪堆肥主要臭气物质控制的影响研究

为控制堆肥过程中产生的臭气,开展了3种不同通风方式下的猪粪和秸秆堆肥试验,通过连续监测堆肥过程中氨气、硫化氢、总挥发性有机物(total volatile organic compounds,TVOCs)和二甲二硫、二甲三硫排放浓度的变化,优化堆肥通风方式。研究表明,在鼓风5 min间隔30 min、鼓风5 min间隔15 min和连续通风下,硫化氢和TVOCs的最大排放质量浓度和体积分数分别为29.4、18.9和10.3 mg/m~3以及420.3×10~(-6)、382.7×10~(-6)和326.5×10~(-6),每千克干物料硫化氢和TVOCs累积排放量分别为14.3、13.5、31.5 mg/kg以及1.26、2.00和6.08 L/kg;二甲二硫和二甲三硫的最大排放质量浓度分别为1 730.1、3 646.2和3 971.8 ng/L以及991.4、6 678.8和1 883.4 ng/L,每千克干物料中二甲二硫和二甲三硫的累积排放量分别为1.5、4.3和10.6 mg/kg以及0.37、4.37和4.94 mg/kg,增加通风频次有助于降低硫化氢和TVOCs的最高排放浓度,但会增加堆肥过程中硫化氢、TVOCs以及二甲二硫和二甲三硫的累积排放量,增加环境危害程度。该试验以降低臭气累积排放量为工艺优化目标,发现通风5min,间隔30min是最佳通风方式。研究结果可为有机肥生产过程中臭气的控制提供参考依据。     

牛粪水酸化贮存过程中氮形态转化的特性研究

近年来,随着畜禽养殖规模化的快速发展,养殖粪水的处理和利用已成为养殖业健康发展的难点和热点,粪水酸化技术是通过向粪水中添加酸化剂以降低氨气排放,减少粪水贮存中氮素损失的技术,目前此技术已经在丹麦等国推广应用,但中国对此技术的研究尚未起步,为探究粪水酸化固持氮素的效果,该研究以硫酸和明矾为粪水酸化剂,以固液分离前后奶牛粪水为处理对象,通过向粪水中添加酸化剂降低粪水pH值至6.0,分析粪水贮存中氨气排放、氮素转化以及粪大肠菌群数等指标,探索粪水酸化贮存过程氮形态转化机理。研究表明:向养殖粪水中添加酸化剂可降低6.3%~11.1%的总氮损失,能够降低粪水贮存初期中氨气的排放,同时有效抑制了奶牛粪水中粪大肠菌群的活性,使其更易达到无害化处理。酸化剂的加入一方面抑制粪水中微生物作用下的有机氮向无机氮素的转化,提高粪水贮存中有机氮的含量,减少铵态氮的产生量,另一方面酸化剂与粪水中的铵态氮结合生成稳定的铵盐,抑制了粪水中铵态氮向氨气转化的化学平衡,降低了粪水中因氨气排放导致的总氮损失,从而达到减少粪水贮存中氮素损失。     

规模化养猪场粪污全量收集及贮存工艺设计

基于全量收集的粪污贮存技术具有粪尿收集方便、运行成本低廉和养分利用率高等特点,在欧美等发达国家得到了普遍应用,是一种适合在中国华北、西北等地区和土地匹配较充足的区域进行推广的粪污处理与还田利用技术。文章以规模化养猪场尿泡粪全量贮存技术为研究对象,分析了尿泡粪收集量、贮存工艺控制参数、贮存设施设计和投资运行成本等内容,旨在为该技术的推广应用提供参考。结果表明:每头生猪整个饲养周期内尿泡粪收集量为0.70 m~3;粪污贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存罐2种,粪污贮存方法可采取舍内贮存、舍外贮存和舍内结合舍外贮存3种。粪污pH值酸化至5.5～6.5,氨排放量最高可减少80%;粪肥还田前一般要求存储时间为6个月。以存栏5000头规模养猪场为例,舍内贮存池所需容积为6 600 m~3,投资660万元;舍外贮存罐所需容积为4 118 m~3,投资206万元;舍内结合舍外贮存设施所需容积为8 214 m~3,投资651万元;粪污处理成本为3.83万元/a,施肥成本为10.8万元/a;全部粪肥还田可满足133 hm~2农田用肥,节省化肥6.0万元/a,该研究可为粪污贮存及利用提供参考。     

畜禽粪便好氧发酵过程中挥发性气体排放差异研究

为有针对性地控制与治理不同畜禽粪便好氧发酵中产生的挥发性气体,设计了猪粪、牛粪和鸡粪好氧发酵试验,对畜禽粪便好氧发酵中产生的挥发性有机物(VOCs)以及NH₃、H₂S等挥发性气体进行分析研究。实验结果表明:畜禽粪便好氧发酵中挥发性气体的排放主要集中在好氧发酵前期,不同粪便好氧发酵产生的VOCs均有所区别,猪粪产生9种VOCs,牛粪产生4种VOCs,鸡粪产生8种VOCs;不同畜禽粪便好氧发酵中排放的主要VOCs均有二甲二硫、二甲三硫和甲硫醚,故在畜禽粪便好氧发酵中应针对这3种VOCs进行重点监控与治理。畜禽粪便好氧发酵中猪粪排放H₂S浓度最高,牛粪最低;鸡粪高浓度(> 200 μL·L^-1)排放NH₃持续时间最长,牛粪最短。     

猪粪好氧发酵过程中挥发性有机物组分分析及致臭因子的确定

为了控制猪粪好氧发酵中产生的挥发性有机物(volatile organic compounds)及主要致臭物质,开展了猪粪好氧发酵试验,通过连续监测猪粪好氧发酵过程中所排放的挥发性气体,研究猪粪好氧发酵中产生的VOCs组分及其致臭因子。研究表明,在猪粪好氧发酵过程中共产生33种挥发性物质,除氨气和硫化氢外,共有31种VOCs,包括芳香烃12种,醛类8种,硫醇硫醚类4种,卤代烃4种,酮类2种,胺类1种;猪粪好氧发酵中主要致臭物质为:二甲二硫、甲硫醚、二甲三硫、乙醛和硫化氢,并建议将甲硫醚作为猪粪好氧发酵中产生的恶臭污染指示物。该研究可为猪粪堆肥过程中恶臭物质的监测、制定控制策略提供参考。     

京郊乡村有机废弃物资源及养分供需关系时空分异特征

为准确掌握不同地区、不同阶段农业农村有机废弃物资源及还田情况,探明作物养分供需关系的动态变化,该研究以北京郊区为研究区域,基于统计年鉴和文献资料,估算2010—2019年京郊秸秆、尾菜、林果枝条、畜禽粪污和厨余垃圾资源总量和还田量,根据作物需求和有机养分当季释放率,量化养分供给与需求的时空差异。结果表明,京郊有机废弃物及其养分量10 a间持续下降,2010年分别为1.30×10⁷、2.18×10⁵ t,至2019年分别下降了62.3%和71.8%。有机废弃物资源空间分布呈动态变化,2010年大兴区有机废弃物资源最多,2019年平谷有机废弃物资源最多。京郊乡村有机废弃物还田利用重点分布在东南部,各区有机废弃物还田养分量10a间持续降低,2019年较2010年减少53.5%～86.6%。在50%化肥配施条件下,有机废弃物有效养分供给与作物需求的匹配程度呈交错变化趋势,2010—2015年昌平、房山等区的废弃物养分过剩情况加剧,而2019年怀柔、密云等地出现养分亏缺;从养分类型看,门头沟氮、钾养分超载最严重,昌平区磷量过载严重。建议养分过剩区应结合...     

中国东北地区畜禽粪污处理技术与资源化利用模式分析

为摸清东北地区畜禽粪污处理技术与资源化利用模式应用现状,该研究采用问卷调研与现场评估相结合的方式,对黑龙江、吉林和辽宁3省272个规模化养殖场进行了调研,分析了养殖畜种与存栏量、粪污产生量、粪污处理技术、粪污处理设施设备以及粪肥还田参数等数据,总结了东北地区畜禽粪污处理技术应用现状和资源化利用模式特点。结果表明：东北地区主要粪污收集工艺为干清粪,占比达94.35%。固体粪便以堆沤肥工艺为主,占所调研养殖场的86.93%,各畜种粪便存储设施面积符合畜禽规模化养殖场粪污资源化利用设施建设规范要求。液体粪污主要处理方式为粪水贮存,占所调研养殖场的68.18%;奶牛养殖场粪水贮存设施小于建设规范要求。东北地区粪肥还田主要种植作物为玉米,占所有种植作物的78.13%,现有配套土地面积普遍低于畜禽粪污土地承载力测算需求面积。固体粪肥主要施肥方式为人工施肥,占比达88.00%;液体粪肥主要施肥方式为漫灌和喷灌,占比分别为54.17%和37.50%。整体来看,东北地区粪污处理与资源化利用主要技术模式为“干清粪+粪便堆沤+粪水贮存”。研究结果可为东北地区粪污处理和资源化利用模式推广和政策制定提供参考。     

不同酸化剂对畜禽养殖粪水无机氮形态转化的影响

粪水储存过程中会释放大量氨气（ammonia, NH₃），不仅造成环境污染，还降低粪水肥效。粪水酸化技术是一种通过添加酸化剂降低粪水pH，减少NH3挥发的有效办法。为探究不同酸化剂对粪水无机氮形态转化的影响，以生猪养殖粪水为试验对象，选择强酸类、盐类和易分解有机物3类共11种酸化剂，包括浓硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、明矾、硫酸铝、氯化铝、磷酸二氢钾、过磷酸钙、葡萄糖、蔗糖，以未酸化粪水为对照，将粪水初始pH降至6.0后，分析60 d储存期内粪水中总无机氮（total inorganic nitrogen, TIN）含量、氨氮（ammonia nitrogen, NH⁺⁴）含量、硝态氮（nitrate nitrogen，NO^-3）含量及NH3排放的变化规律。结果表明，在粪水储存过程中，酸化可以有效降低粪水中的NH3排放，提高储存后粪水的养分含量，与CK相比，酸化处理的TIN和NH⁺⁴含量分别提高了63.19%~2 481.34%和59.17%~2 591.72%，NH3减排了18.77%~80.33%。综合酸化效果以及经济成本，认为浓硫酸、明矾和过磷酸钙是较适合的酸化剂，其总无机氮含量分别提高了517.05%、1 414.82%和2 481.34%，氨氮含量分别提高了535.50%、1 443.79%和2 591.72%，NH3排放量分别减少了48.81%、71.43%和65.60%，成本分别为0.66、5.20和23.70元·m^-3。研究为粪水酸化剂的优选提供数据支撑，为促进粪水资源化利用，提高粪水利用的生态和经济效益提供理论依据。